DE3220574A1

DE3220574A1 - Leitradloser axialventilator, insbesondere fuer elektromotorisch angetriebene kraftfahrzeug-kuehlerventilatoren

Info

Publication number: DE3220574A1
Application number: DE19823220574
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl.-Ing. 8720 Schweinfurt Kirchner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1982-06-01
Publication date: 1983-12-01
Also published as: EP0096255B1; JPS58214699A; ES281172U; EP0096255A1; ES281172Y; DE3365271D1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser. Zeichen

Berlin und München VPA 82 F 3 1 6 3 OE

Leitradloser Axialventilator, insbesondere für elektromotorisch angetriebene KraftfahrzeufHKühlerventilatoren

Die Erfindung bezieht sich auf einen leitradlosen Axialventilator, insbesondere für elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeug-Kühlerventilatoren, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Axialventilatoren der vorgenannten Art wurden vorwiegend in früheren Zeiten in Kraftfahrzeugen als Kühlerventilatoren verwendet; die Laufräder dieser AxialVentilatoren bestanden aus unverwundenen, leicht gewölbten und mit zwei Sicken versehenen Blechen, die jeweils auf einem sternförmig ausgebildeten Nabenkörper aufgenietet waren. Der konstante Anstellwinkel von unverwundenen Schaufeln eines Axialventilator-Laufrades wird gemäß üblichen Auslegungsrichtlinien im Bereich ß_ * ca. 16°...24° liegen. Derartige Laufräder wurden im Laufe der Zeit weitgehend durch hochwertigere Kunststofflaufräder mit verwundenen Kunststoff-Laufradschaufeln und profilierten Schaufelschnitten abgelöst. Der bei den bekannten, zuvor beschriebenen Axialventilatoren erreichbare Wirkungsgrad y _Lst liegt bei den in einem Kraftfahrzeug gegebenen ungünstigen Einbauverhältnissen mit einem relativ großen Spalt zwischen Laufrad und Leitring und nicht optimal ausgebildeten Leitvorrichtungen bei Werten von maximal 40 96.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen von einem Elektromotor angetriebenen Axialventilator zu schaffen, der trotz fertigungstechnisch und konstruktiv einfachen Aufbaus ein geringeres Leistungsgewicht ergibt.

Bk 2 Bin / 27.05.1982

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VPA 82 P 3 1 6 3 OE

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Axialventilator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. im Oberbegriff des Anspruchs 2 angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Lehre gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der UnteransprUche. .

Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß ein erfindungsgemäß ausgebildeter Axialventilator unter Annähme gleich ungünstiger Einbauverhältnisse und gleicher Werkstoffe sowie einer gleichbleibenden Festigkeit mit seinen gegenüber herkömmlichen Laufrädern eine wesentlich geringere Oberfläche aufweisenden und auf einfache Weise gleichzeitig mit der Laufradnabe, insbesondere als einstückiges Kunststoff-Spritzgußteil,herstellbaren Schaufeln bei einer Gewichtsverminderung von 30 - 40 % eine Erhöhung des Laufradwirkungsgrades^Tg^ auf 45 96 ermöglicht.

Die Kombination zwischen geringem Gewicht und gleichzeitig guter Festigkeit läßt sich dann noch weiter verbessern, wenn jeweils für den Konstruktionsparameter Djj (Nabendurchmesser) ein Wert gewählt wird, der im Bereich O,3...O,4 D₂ liegt, wobei D« den Wert des gewählten Außendurchmessers des Laufrades darstellt.

Bei einem aus Kunststoff gespritzten Laufrad werden im Sinne vorliegender Erfindung zweckmäßigerweise für die Konstruktionsparameter d^o- (größte Schaufeldicke an der Vorderkante der Schaufel)bzw. d_min (größte Schaufeldicke an der Hinterkante der Schaufel) jeweils ein Wert aus folgendem Bereich gewählt: d_maxas0,01 D₂; d^^1 /2 \μ^·

Das gesamte Leistungsgewicht des Axialventilators läßt sich dadurch noch weiter in vorteilhafter Weise mindern, daß bei einer topfförmigen Nabe des Laufrades innerhalb dieser Nabe radial verlaufende Rippen und jeweils zwischen

" °V VPA 82 P 3 1 6 3 DE

den radial inneren Enden der Rippen in der Stirnseite der topfförmigen Nabe Lüftungsöffnungen vorgesehen sind, derart daß ein durch das angetriebene Laufrad durch die LüftungsÖffnungen angesaugter Luftstrom im Bereich der Rippen in radialer Richtung beschleunigt und an der Innenseite der zylindrischen Wandung der topfförmigen Nabe axial gegen die Oberfläche des Antriebsmotors umgelenkt ist. Zweckmäßigerweise werden diese Rippen ebenfalls einstückig mit dem übrigen Teil des Laufrades als Spritzgußteil mit nur in einer Richtung ziehbaren Formteilen hergestellt; ein derartiges Laufrad trägt sowohl durch seine /"·*·· vorteilhafte Schaufelkonstruktion als auch durch seine kühlungstechnische zweckmäßige Nabenkonstruktion zu dem einheitlichen Erfolg eines geringen Leistungsgewichtes des Axialventilators bei.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht des Axialventilators mit im Schnitt dargestellten Laufrad gemäß Schnittverlauf I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine stirnseitige Draufsicht auf das Laufrad,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Laufrades gemäß Fig. 2 mit geschnittener Laufradschaufel gemäß Schnittverlauf III-III,

Fig. 1 zeigt einen elektrischen Antriebsmotor 1 eines Axialventilators, auf dessen freiem Wellenende 11 ein Laufrad 2 fest montiert ist. Der gesamte Axialventilator ist z.B. mittels Schrauben 3 und über drei am Gehäuse des Antriebsmotors 1 befestigte Haltewinkel 4 in einer hier nicht dargestellten Leitvorrichtung eines Kraftfahrzeuges gehalten.

VPA 82 P 3 1 6 3 OE

Das Laufrad 2 weist eine auf dem Wellenende 11 des Antriebsmotors 1 befestigte topfförmige Nabe 21 mit einer Stirnfläche 212 und einer zylindrischen Wandung 211 auf; an der Außenseite der zylindrischen Wandung 211 sind sternförmig angeordnet und am Umfang gleichmäßig verteilt fünf Schaufeln 22 einstückig mitangeformt. Innerhalb der topfförmigen Nabe 21 sind weiterhin, ebenfalls am Umfang gleichmäßig verteilt, radial abstehende Rippen 214 einstückig mitangeformt. Jeweils zwischen den radialen inneren Enden der Rippen 214 sind in der Stirnseite 212 der topfförmigen Nabe 21 LUftungsöffnungen 213 vorgesehen, derart daß ein durch das angetriebene Laufrad 2 angesaugter Luftstrom im Bereich der Rippen 214 in radialer Richtung beschleunigt und dann an der Innenseite der zylindrischen Wandung 211 der topfförmigen Nabe 21 axial gegen die Oberfläche des Antriebsmotors 1 umgelenkt wird. Die innerhalb der Nabe 21 des Laufrades 2 angeformten Rippen 214 verhalten sich zusammen mit den Lüftungsöffnungen 213 in der Stirnseite 211 der Nabe 21 wie ein Radialventilator. In diesem Sinne ist insbesondere darauf zu achten, daß die Lüftungsöffnungen 213 unter Berücksichtigung von optimalen konstruktiven und festigkeitsbedingten Gesichtspunkten einerseits und strömungsgünstiger Auslegung andererseits zusammen mit den inneren Enden der Rippen 214 möglichst nahe an das Motorwellenende 11 gelegt sind.

Das Laufrad 2 ist durch folgende Konstruktionsparameter bestimmt:

1	SO	- 0,15	...O	,18	^D2	2
^DN	^ßs	« 0,3.	..O,	4 D
	s 0,01	^D2
	< 1/2	^dmax		^D2
^Rsu	* 0,35	...O	,45
R	■ R	+ d
SU - 16⁸.	m	ax
..24	O

VPA 82 P 3 163 OE

dabei bedeuten:

SU

Außendurchmesser des Laufrades, Abstandslänge zwischen vorderer und hinterer Schaufelkante,

Nabendurchmesser des Laufrades, größte Schaufeldicke,

kleinste Schaufeldicke,

Krümmungsradius an der Schaufelunterseite,

R__rt * Krümmungsradius an der Schaufeloberseite,

SO

ß_ * Anstellwinkel des Schaufelprofils, gegen ümfangss

richtung gemessen.

Liegen die Konstruktionsparameter eines Laufrades jeweils in dem vorgenannten Bereich, se stellt sich trotz einfachster Bauweise die erstrebte Wirkungsgradverbesserung ein.

B_ei der Konstruktion eines erfindungsgemäßen Axialventilators kann für ein bestimmtes Laufrad unter Beachtung der für die jeweiligen Konstruktionsparameter angegebenen Bereiche z.B. von einem gewählten Außendurchmesser Dp des Laufrades ausgehend zunächst die Schaufellänge 1 bestimmt werden; unter Berücksichtigung des vorgeschlagenen Parameterwertes für den konstanten Anstellwinkel ß_ können dann die Kreisbögen R Und Rj| für die Krümmungsradien der Schaufelunterseite bzw* der Söhäufeloberseite unter Berücksichtigung der maximalen und minimalen Wanddicke der Schaufel (^_0x bzw. A_n^_n) ,festgelegt werden. Die derart mit Hilfe der beiden Kreisbo£«nlinien festgelegten Schaufeln sind dann lediglich im Bereich der vorderen Kante bzw. der hinteren Kante im übergang zwischen unterem und oberem Krümmungsradius von den zuvw^beschriebenen Kreisbogenlinien abweichend, jedoch an diese verlaufend angepaßt,abzurunden.

5 Patentansprüche
3 Figuren

Leerseite

Claims

» ♦ «A VPA 82 P 3 1 6 3 DE Patentansprüche

1. Leitradloser Axialventilator, Insbesondere für elektromotorisch angetriebene Kateftfahrzeug-Kühlerventllatoren, mit einem auf einem Wellenende eines Aatri©bsmotors angeordnetem Laufrad mit auf dem Umfang seiner Nabe sternförmig angeordneten unverwundenen Schaufeln mit entsprechend konstantem Anstellwinkel ß_ » ca. 16°...24° des Schaufelprofils, gekennzeichnet durch folgende weiteren Konstruktionsparameter:

1 » O ,15. ..0,18 ^D2 ^Rsu » O ,35. ..0,45 ^D2 ^Rso - R SU ⁺ nmax

dabei bedeuten:

Dp = Außendurchmesser des Laufrades, 1 ■ Abstandslänge zwischen vorderer und hinterer

Schaufelkante,
&_mov ^β größte Schaufeldicke (an abgerundeter Vorderkante der Schaufel),'
R_„ β KrUerongsradius an der Schaufelunterseite, R₃₀ » Krümmungsradius an der Schaufeloberseite,

"*""""*■ ß_ » Anstellwinkel des Schaufelprofils, gegen tfefangs-

richtung gemessen.

2. Leitradloser Axialventilator, insbesondere für elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeug-Rühlerventilatoren, mit einem auf einem Wellenende des Antriebraotors angeordnetem Laufrad mit auf dem Umfang seiner topfförmigausgebildeten Nabe sternförmig angeordneten Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der topfförmigeh Nabe (21) des Laufrades radial verlaufende Rippen (214) und jeweils zwischen den radial inneren Enden der Rippen (214) in der Stirnseite (212) der topfförmigen Nabe (21) Lüftungsöffnungen (213) vorgesehen

• ·* VPA 82 P3 163 0E

sind, derart daß ein durch das angetriebene Laufrad (2) durch die Lüftungsöffnungen (213) angesaugter Luftstrom im Bereich der Rippen (214) in radialer Richtung beschleunigt und an der Innenseite der zylindrischen Wandung (211) der topffb'rmigen Nabe (21) axial gegen die Oberfläche des Antriebsmotors (1) umgelenkt ist.

3. Leitradloser Axialventilator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Konstruktionsparameter:

D_n - 0,3...0,4 D₂

dabei bedeuten:

Djj « Nabendurchmesser des Laufrades, Dg « Außendurchmesser des Laufrades.

4. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche

1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende weiteren Konstruktionsparameter:

⁴IHaX*⁰'^{01 D}2 ^bzw' 'W=¹'² «W dabei bedeuten:

Dp * Außendurchmesser des Laufrades, d-oir " größte Schaufeldicke (an Vorderkante der Schaufel), 0^_1n · kleinste Schaufeldicke (an Hinterkante der Schaufel)

5. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (2) aus einem einstückigen, nur mit in einer Entformungsrichtung ziehbaren Formteilen herstellbaren Kunststoff-Spritzgußteil besteht.